KR101817314B1 - 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명의 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치는 제1 용기부와 제2 용기부를 포함하는 유체용기; 상기 유체용기에 구비되어 순환되되, 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체와 고밀도 유체를 포함하는 유체; 상기 저밀도 유체와 고밀도 유체를 상호 분리하되, 상기 제1 용기부의 내측에 구비되어 유체의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제1 격벽과, 상기 제2 용기부의 내측에 구비되어 유체의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제2 격벽을 포함하는 격벽부; 상기 제1,2 용기부 사이에서 유체가 순환되도록 연결하되, 상기 저밀도 유체가 순환되도록 하는 저밀도 연결부와, 상기 고밀도 유체가 순환되도록 하는 고밀도 연결부를 포함하는 연결부; 및 상기 연결부에 구비되어 상기 저밀도 유체와 고밀도 유체의 밀도 차이에 의한 유체의 순환 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 전기발생부;를 포함한다.
이로써, 사용자의 움직임이 위치 에너지를 유발시키고 이를 유체의 순환 에너지로 전환하여 전기 에너지를 생산하므로 별도의 에너지원이 요구되지 않는 이점이 있다.

Description

유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치{Energy Generation Device using Density Difference of Fluid}
본 발명은 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1,2 용기부를 포함하는 유체용기에 순환되도록 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체와 고밀도 유체가 구비되고, 상기 저밀도 유체와 고밀도 유체를 상호 분리하되 상기 제1,2 용기부의 내측에 구비되어 유체의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제1,2 격벽이 구비되며, 상기 제1,2 용기부 사이에는 유체가 순환되도록 하는 연결부가 형성되고, 상기 연결부에 구비된 전기발생부가 밀도 차이에 의한 유체의 순환 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치에 관한 것이다.
현대 사회에서는 다양한 방법으로 에너지를 생산하고 있으며, 대부분의 경우에 있어서 에너지는 그 최종 형태로서 전기 에너지로 변환되어 사용된다. 이러한 전기 에너지를 생산하는 방법으로는 주지의 기술로서 화석연료나 핵연료를 사용하는 화력발전, 원자력발전이 있고, 자연력을 이용한 풍력발전, 수력발전, 조력발전, 태양광발전 등이 있다.
다만, 상기한 발전방법 중에서 화석연료나 핵연료를 사용하는 방법은 한정된 천연자원의 소모를 통하여 자원이 고갈되고, 자연이 훼손될 우려가 있으며, 자연력을 이용한 발전방법은 반영구적인 장점은 있으나, 정제되지 않은 상태로 가해지며, 자연력은 대체로 균일성이 없어 안정적인 발전이 어려워 효율이 낮고, 예측 가능성이 떨어진다는 단점이 있다.
한편, 현대사회는 휴대가 용이한 노트북 컴퓨터나 태블릿 피시, 휴대폰과 같은 전자제품의 활용도가 높아지고 있으며, 이러한 휴대용 전자제품의 대중화에 따라 전력을 장시간 저장할 수 있는 배터리 개발에 대한 필요성이 증진되고 있다.
그러나, 현재 휴대용 전자제품에 적용되고 있는 배터리는 여전히 저장용량에 제한이 있어 장기간 휴대함에 불편함이 있었으며, 외부에 있는 사용자가 배터리를 충전하는 것에는 장소적 제약이 있었다. 또한, 대부분의 배터리가 화학반응을 이용한 2차 전지에 의존하고 있는 나머지 열에 의한 파손이나 부주의에 의한 폭발의 위험성이 상시 존재하였다.
한편, 이러한 추세에 따라 많은 회사에서 자연력을 이용하여 발전하되, 발전효율을 높일 수 있는 터빈, 수차, 전동기, 엔진의 개발에 노력을 쏟고 있으며, 2차 전지와 관련된 배터리 시장에서도 내구성이 쉽게 저하되지 않고 고용량의 저장이 가능한 2차 전지를 개발에 힘쓰고 있다.
특히, 최근에는 친환경 에너지에 대한 관심이 증가되고 있으며, 정부의 지원이 증가되어 종래의 발전방법이나 2차 전지에 의존한 전기 에너지의 생산에서 탈피하여 보다 쉽게 전기 에너지를 생산할 수 있는 자가발전장치들이 많이 제안되고 있는 추세다.
이러한 노력의 일환으로 대한민국 등록특허 제10-1512302호 '휴대용 자가발전장치'(이하 '선행기술문헌 1'이라 한다)가 제안된 바 있다. 상기 선행기술문헌 1은 유체 이동로를 구비하는 관형 몸체와, 유체압을 인가받아 회전하여 회전 에너지를 생산하는 러너와, 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기와, 유체를 와류형태로 유도하는 유도판과, 나팔관 형상으로 제작되어 유체를 포집하도록 된 포집 관으로 구성되어 있다.
그러나 상기 선행기술문헌 1은 외에서 냇가, 강, 저수로 등과 같이 유체가 흐르는 위치에서 결착밴드로 고정하여 흐르는 유체 압을 인가받아 발전하는 형태로서, 필연적으로 자연력이 외부로부터 전달되어야지만 발전이 가능한 한계가 있었다.
한편, 또 다른 선행기술문헌으로 대한민국 등록특허 제10-1495566호 '수압 및 증기를 이용한 자가발전장치'(이하 '선행기술문헌 2'라 한다)가 제안된 바 있다. 상기 선행기술문헌 2는 위치 에너지를 갖는 수조와, 물의 낙차에 의해 1차 전력을 생산하는 제1 수차와, 히팅시킨 증기를 배출시키는 히팅 보일러와, 고압의 증기로 2차 전력을 생산하는 증기 수차와, 증기를 응축시켜 배출시키는 응축탱크, 및 상기 응축탱크의 응축수의 낙차에 의해 3차 전력을 생산하는 제2 수차로 구성되어 물의 히팅을 통한 고압의 증기압 및 이후 응축되어 액화된 물의 낙하로 전기에너지를 얻고자 하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 선행기술문헌 2는 또 다른 외부 에너지원으로서 열원이 필요로 했으며, 이는 필연적으로 자원을 소모해야만 하는 문제점이 있는 것으로 추가적인 설비로서 히팅 보일러가 구비되어야만 하는 기술적인 제약이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체와 고밀도 유체를 용기부에 구비함으로써 위치 에너지를 유발시키고 이를 유체의 순환 에너지로 전환하여 전기 에너지를 생산하므로 별도의 에너지원이 요구되지 않으며, 사용자가 용기부를 파지하여 활동하는 것만으로도 지속적인 위치 에너지의 확보가 가능하고, 유체의 순환에 의한 와류나 급격한 방향 전환을 방지하며, 유체의 유속을 제어하여 균일한 발전 효율을 확보할 수 있는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치(D)는 제1 용기부(11)와 제2 용기부(12)를 포함하는 유체용기(10); 상기 유체용기(10)에 구비되어 순환되되, 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)를 포함하는 유체(F); 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)를 상호 분리하되, 상기 제1 용기부(11)의 내측에 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제1 격벽(21)과, 상기 제2 용기부(12)의 내측에 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제2 격벽(22)을 포함하는 격벽부(20); 상기 제1,2 용기부(11)(12) 사이에서 유체(F)가 순환되도록 연결하되, 상기 저밀도 유체(LF)가 순환되도록 하는 저밀도 연결부(31)와, 상기 고밀도 유체(HF)가 순환되도록 하는 고밀도 연결부(32)를 포함하는 연결부(30); 및 상기 연결부(30)에 구비되어 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)의 밀도 차이에 의한 유체(F)의 순환 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 전기발생부(40);를 포함한다.
또한, 상기 격벽부(20)는 형상의 변형이 가능한 탄성격벽(We), 회전이 가능한 회전격벽(Wr) 또는 슬라이드 가능한 판상의 푸싱격벽(Wp) 중 하나의 격벽일 수 있다.
또한, 상기 전기발생부(40)는, 한 쌍의 제1,2 회전체(41a)(41b)가 상호 대칭되도록 이격 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 회전하는 스크류 회전체(41); 상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)의 내측에 각각 구비되는 제1,2 베어링(42a)(42b)을 포함하는 베어링부(42); 상기 베어링부(42)의 제1,2 베어링(42a)(42b)의 내측에 각각 구비되되, 상기 제1,2 회전체(41a)(41b)와 결합하는 제1,2 발전체(43a)(43b)를 포함하는 회전발전기(43); 및 상기 스크류 회전체(41), 베어링부(42) 및 회전발전기(43)가 구비되는 케이싱(44);을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)는 각각 회전헤드(41a-1)(41b-1)의 일측에 체결로드(41a-2)(41b-2)가 형성되어 상기 제1,2 베어링(42a)(42b)이 삽입되고, 상기 체결로드(41a-2)(41b-2)의 단부가 제1,2 발전체(43a)(43b)에 결합될 수 있다.
또한, 상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)는 각각 회전헤드(41a-1)(41b-1)에 곡률을 지니는 블레이드(41a-3)(41b-3)가 형성되되, 상기 제1 회전체(41a)와 제2 회전체(41b)의 블레이드(41a-3)(41b-3)는 상호 다른 방향으로 회전하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 연결부(30)에는 일측이 확장된 제어공간(33)이 형성되고, 상기 제어공간(33)에 제어유닛(34)이 회동 가능하게 구비되되, 상기 제어유닛(34)은 유체의 순환이 가능하도록 천공(34a-1)이 형성된 천공 플레이트(34a)를 중심으로 서로 다른 90도 방향으로 한 쌍의 수직 플레이트(34b)(34c)가 형성되어 상기 제어유닛(34)의 회동으로 유체의 순환을 제어할 수 있다.
또한, 상기 연결부(30)에는 유입관(35)과 유출관(36)이 형성되어 유체(F)의 유입 및 유출이 가능할 수 있다.
또한, 상기 연결부(30)에는 유속조절부(50)가 구비되되, 상기 유속조절부(50)는 관형 케이싱(51)의 내부에는 유체의 속도가 증가하면 저항헤드(52a)가 관형 케이싱(51)의 중심을 향하여 상대적으로 이동하는 저항유닛(52)이 방사상으로 복수 개 구비될 수 있다.
또한, 상기 유속조절부(50)의 저항유닛(52)은 저항헤드(52a)에 탄성스프링(52b)이 결합되고, 상기 탄성스프링(52b)을 에워싸 이동을 가이드하는 스프링 케이싱(52c)이 구비되되, 상기 저항헤드(52a)는 한 쌍의 반구체(52a-1)의 곡면이 맞닿도록 결합되어 방향을 달리하는 한 쌍의 저항면(52a-2)이 형성될 수 있다.
그리고 상기 저항헤드(52a)의 저항면(52a-2)은 오목하게 형성될 수 있다.
상기한 해결수단에 의해 본 발명의 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치는, 유체용기의 내부에 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체와 고밀도 유체를 구비함으로써 사용자가 용기부를 파지하여 활동하는 것만으로도 지속적인 위치 에너지를 유발시키고 이를 유체의 순환 에너지로 전환하여 전기 에너지가 생산되는 효과가 있다.
이로써, 유체용기에 별도의 에너지원을 공급하지 않더라도 지속적인 전기 에너지의 생산이 가능한 이점이 있다.
이때, 상기 유체용기의 제1,2 용기부를 형성함에 있어 비정형의 여러가지 입체적인 형상으로 제작하는 것도 가능하여 디자인적 요소를 겸비할 수 있는 추가적인 이점이 있다.
또한, 상기 스크류 회전체의 제1,2 회전체는 각각 회전헤드에 곡률을 지니는 블레이드가 형성되고, 상기 제1,2 회전체의 블레이드는 상호 다른 방향으로 회전하도록 형성되어 특정한 방향으로 유체의 흐름이 발생하더라도 그 방향과 무관하게 서로 다른 방향으로 회전하므로, 와류의 형성이나 급격한 방향 전환을 방지할 수 있다.
나아가, 연결부에는 일측이 확장된 제어공간이 형성되고, 제어유닛이 회동 가능하게 구비되어 유체의 이동 방향을 제어하고, 정밀한 조절을 바탕으로 유체의 양을 효과적으로 제어하여 발전 효율을 높일 수 있다.
또한, 연결부에는 유입관과 유출관이 형성되어 유체의 유입 및 유출이 가능하므로 유체의 유입을 바탕으로 위치 에너지를 형성하여 전기 에너지의 생산을 위한 충전이 가능한 이점이 있다.
그리고 유속조절부가 구비되어 유체의 속도에 따라 저항유닛의 상대적인 위치를 달리하여 유속의 급격한 변화를 방지하여 균일한 발전효율을 꾀할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기발생부를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기발생부의 전체적인 형상을 도시한 사시도 및 단면 사시도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기발생부의 제1,2 회전체의 회전원리를 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 연결부를 도시한 단면 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유속조절부를 도시한 사시도 및 확대 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전장치의 작동원리를 시계열적으로 도시한 개념도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 발전장치의 작동원리를 시계열적으로 도시한 개념도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 에너지 발전장치의 작동원리를 시계열적으로 도시한 개념도.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 제1 또는 제2 연결부가 형성된 에너지 발전장치의 작동원리를 시계열적으로 도시한 개념도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 바탕으로 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치(D)는 유체용기(10), 유체(F), 격벽부(20), 연결부(30) 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 상기 연결부(30)에 구비되는 전기발생부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 유체용기(10)는 제1 용기부(11)와 제2 용기부(12)를 포함하는 유체용기(10)로 구성된다. 상기 제1,2 용기부(11)(12)는 상기 유체(F)가 구비되는 공간으로 연결부(30)에 의하여 직간접적으로 연결되도록 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1,2 용기부(11)(12)는 각각 그 내측에 제1,2 격벽(21)(22)을 구비하며, 상기 제1,2 격벽(21)(22)은 상대적인 위치나 형상이 변형되더라도 상기 제1,2 용기부(11)(12)를 벗어나지 않도록 제작된다.
한편, 상기 유체(F)는 상기 유체용기(10)의 내부에서 순환될 수 있도록 구비된다. 상기 유체(F)는 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)를 포함하며, 일반적으로 상기 저밀도 유체(LF)는 상온에서 기체상태인 물질을 주입하고, 고밀도 유체(HF)는 상온에서 액체상태인 물질을 주입하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)는 기체상태의 물질인 경우에 외부의 기체에 반응하거나 쉽게 상변화가 되는 물질보다는 일정한 밀도가 유지될 수 있는 안정적인 물질을 주입하는 것이 바람직하며, 액체상태의 물질인 경우에도 온도의 변화에 쉽게 고화되거나 기화되지 않는 안정적인 물질을 주입하는 것이 바람직하다.
다만, 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)는 모두 기체상태의 물질로 주입될 수 있으며, 뿐만 아니라 모두 액체상태의 물질로 주입하는 것도 가능하다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 격벽부(20)는 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)를 상호 분리하는 것으로, 상기 제1 용기부(11)의 내측에 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제1 격벽(21)과, 상기 제2 용기부(12)의 내측에 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제2 격벽(22)을 포함한다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 격벽부(20)를 구성하는 각각의 격벽(W)이 강성(rigidity)이 있는 재질로 형성되는 경우 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치가 변화하도록 상기 격벽부(20)를 형성하는 각각의 격벽(W)은 도 9b 및 도 10b에 도시된 바와 같이 회전이 가능한 회전격벽(Wr) 또는 도 9c 및 도 10c에 도시된 바와 같이 슬라이드 가능한 판상의 푸싱격벽(Wp) 등으로 구성될 수 있으며, 상기 격벽(W)이 유연성(Flexibility)이 있는 재질로 형성되는 경우 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치는 물론 형상이 변화하도록 상기 격벽부(20)를 형성하는 각각의 격벽(W)은 도 9a 및 도 10a에 도시된 바와 같이 변형이 가능한 탄성격벽(We) 등으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 연결부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1,2 용기부(11)(12) 사이에서 유체(F)가 순환되도록 직간접적으로 연결하는 구성으로, 상기 저밀도 유체(LF)가 순환되도록 하는 저밀도 연결부(31)와, 상기 고밀도 유체(HF)가 순환되도록 하는 고밀도 연결부(32)를 포함하도록 구성된다.
상기 저밀도 연결부(31)와 고밀도 연결부(32)는 각각 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)만이 순환되는 구조로서, 제1,2 용기부(11)(12)가 분리된 형상으로 형성되는 경우에는 관형으로 상기 제1,2 용기부(11)(12)가 연결되도록 형성될 수 있으며, 하나의 용기 내부에 분리벽(SW)이 형성되어 제1,2 용기부(11)(12)가 형성되고 상기 분리벽을 기준으로 제1,2 용기부(11)(12)가 연결되도록 기능하는 분리벽의 두께에 대응되는 부분이 각각 저밀도 연결부(31)와 고밀도 연결부(32)를 형성할 수 있다.
또한, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이 상기 연결부(30)의 저밀도 연결부(31)와 고밀도 연결부(32)는 각각 하나씩 형성될 수 있으나, 복수 개가 형성되도록 제작될 수도 있다. 다만, 상기 저밀도 연결부(31)와 고밀도 연결부(32)가 각각 복수로 형성되는 경우에는 그 형상이 대칭되도록 형성되어 유량이나 유속에 불균형이 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전기발생부(40)는 상기 연결부(30)의 저밀도 연결부(31) 또는 고밀도 연결부(32)에 적어도 하나가 구비되어 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)의 밀도 차이에 의한 유체(F)의 순환 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산한다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)는 상대적인 밀도의 차이에 의하여 중력장에 존재하는 경우, 상기 고밀도 유체(HF)는 상대적으로 하부에 위치하고, 저밀도 유체(HF)는 상대적으로 상부에 위치하게 된다.
이를 이용하여, 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)의 위치가 안정된 상태와 달리 배치되어 상대적으로 불안정한 상태에 존재하게 되면, 유체의 밀도 차이에 의한 위치 에너지가 존재하게 되며, 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)가 안정된 상태로 순환하는 과정에서 순환 에너지가 전기발생부(40)를 거쳐 최종 산물인 전기 에너지를 생산하게 된다.
이로써 사용자가 유체용기(10)를 파지하여 활동하는 것만으로도 지속적인 위치 에너지를 유발시키고 이는 유체의 순환 에너지로 전환되어 상기 유체용기(10)에 별도의 에너지원을 공급하지 않더라도 지속적인 전기 에너지의 생산이 가능한 이점이 있다.
또한, 도 9a 및 도 10a에 도시된 바와 같이 상기 유체용기(10)의 제1,2 용기부(11)(12)를 형성함에 있어 비정형의 여러가지 입체적인 형상으로 제작하는 것도 가능하여 디자인적 요소를 겸비할 수 있는 추가적인 이점이 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 연결부(30)에는 일측이 확장된 제어공간(33)이 형성되고, 상기 제어공간(33)에 제어유닛(34)이 회동 가능하게 구비될 수 있다. 이때, 상기 연결부(30)는 원형이나 타원형 단면을 지니는 관형으로 제작되는 것이 바람직하며, 상기 제어공간(33)은 연결부(30)의 일측에 원호 형상의 단면을 지니도록 형성될 수 있다.
상기 제어유닛(34)은 유체의 순환이 가능하도록 천공(34a-1)이 형성된 천공 플레이트(34a)를 기준으로 서로 다른 90도 방향으로 한 쌍의 수직 플레이트(34b)(34c)가 형성되어 상기 제어유닛(34)의 중심축(34d)을 중심으로 회동함으로써 유체의 순환을 제어할 수 있다.
즉, 상기 천공 플레이트(34a)는 천공(34a-1)이 형성됨에 따라 유체(F)가 순환될 수 있으며, 나머지 수직 플레이트(34b)(34c)는 구비되는 위치에 따라서 연결부(30)를 관통하는 유체(F)의 흐름을 차단하거나, 흐름을 허용할 수도 있다.
바람직하게는 상기 연결부(30)에 유입관(35)과 유출관(36)이 형성될 수 있다. 상기 유입관(35)은 유체용기(10)의 외부에서 유체(F)가 유입될 수 있도록 기능하는 관이며, 상기 유출관(36)은 이와는 반대로 유체용기(10)의 내부에 유입된 유체(F)가 외부로 유출될 수 있도록 기능하는 관이다.
이로써, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 연결부(30)에 형성된 유입관(35)과 유출관(36)을 바탕으로 외부에서 유입되거나 외부로 유출되는 유체(F)를 바탕으로 위치 에너지를 형성할 수 있으므로, 전기 에너지의 생산을 위한 충전이 가능한 효과가 있다.
또한, 상기 제어유닛(34)의 회전과의 유기적 관계를 바탕으로, 상기 유입관(35)과 유출관(36)의 개방과 폐쇄를 선택적으로 조절할 수 있다.
구체적으로 제어유닛(34)의 수직 플레이트(34b)(34c)가 상기 제어공간(33)이 형성된 연결부(30)를 차단하도록 구비되어 상기 유입관(35)과 유출관(36)이 상호 단절될 수 있으므로 유체가 유입되거나 유출되는 과정에서 다른 유출관(36)이나 유입관(35)으로 흐르지 않도록 제어할 수 있으며, 이때 상기 천공(34a-1)이 형성된 천공 플레이트(34a)의 위치에 따라서 유입관(35) 또는 유출관(36)이 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있다.
나아가, 상기 제어유닛(34)은 그 회전각도를 조절함에 따라 유체의 유량을 선택적으로 조절할 수도 있으므로 발전 효율을 제어하는 것도 가능하다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 유체(F)의 순환 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전기발생부(40)는 스크류 회전체(41), 베어링부(42), 회전발전기(43) 및 케이싱(44)을 포함할 수 있다.
상기 스크류 회전체(41)는 한 쌍의 제1,2 회전체(41a)(41b)가 상호 대칭되도록 이격 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 회전할 수 있다. 이때, 상기 유체(F)의 흐름방향에 무관하게 상기 제1,2 회전체(41a)(41b)는 모두 회전할 수 있다.
다만, 상기 제1,2 회전체(41a)(41b)는 상호 대칭되게 구비됨에 따라 회전방향도 반대로 형성될 수 있다. 이를 위하여 상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)는 각각 회전헤드(41a-1)(41b-1)에 곡률을 지니는 블레이드(41a-3)(41b-3)가 형성되되, 상기 제1 회전체(41a)와 제2 회전체(41b)의 블레이드(41a-3)(41b-3)는 상호 다른 방향으로 회전하도록 형성될 수 있다.
이로써, 도 4에 도시된 바와 같이 특정한 방향으로 유체의 흐름이 발생하더라도 그 방향과 무관하게 서로 다른 방향으로 회전하는 상기 제1,2 회전체(41a)(41b)에 의하여 와류의 형성이나 급격한 방향 전환을 방지할 수 있다.
또한, 상기 베어링부(42)는 상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)의 내측에 각각 구비되는 제1,2 베어링(42a)(42b)을 포함한다. 상기 베어링부(42)는 회전에 따른 마찰저항을 감소하기 위한 구성이다.
상기 회전발전기(43)는 베어링부(42)의 제1,2 베어링(42a)(42b)의 내측에 각각 구비되되, 상기 제1,2 회전체(41a)(41b)와 결합하는 제1,2 발전체(43a)(43b)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 회전발전기(43)를 구성하는 제1,2 발전체(43a)(43b)는 회전운동에도 불구하고 일정한 위치를 유지할 수 있도록 일측이 고정되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상기 스크류 회전체(41), 베어링부(42) 및 회전발전기(43)가 내측에 구비되도록 케이싱(44)을 추가적으로 구성할 수 있다.
상기 케이싱(44)의 내부에는 상기 제1,2 발전체(43a)(43b)가 안착 고정될 수 있도록 안착부(44b-1)가 형성될 수 있으며, 상기 제1,2 발전체(43a)(43b)에는 각각 고정바(43a-1,43b-1)가 형성되어 상기 케이싱(44)에 고정될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 케이싱(44)은 상호 결합되는 한 쌍의 제1,2 케이싱부(44a)(44b)로 구성될 수 있으며, 제1,2 케이싱부(44a)(44b)에 형성된 고정바홈(44a-2)(44b-2)에 상기 고정바(43a-1,43b-1)가 각각 삽입 고정될 수 있다.
또한, 상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)는 각각 회전헤드(41a-1)(41b-1)의 일측에 체결로드(41a-2)(41b-2)가 형성되어 상기 제1,2 베어링(42a)(42b)이 삽입되고, 상기 체결로드(41a-2)(41b-2)의 단부가 제1,2 발전체(43a)(43b)에 결합될 수 있다.
이때, 상기 체결로드(41a-2)(41b-2)의 단부에는 체결돌기(41a-4)(41b-4)가 형성되고, 상기 제1,2 발전체(43a)(43b)에는 상기 체결돌기(41a-4)(41b-4)와 대응되는 형상으로 형성되어 상호 맞물리도록 체결홈(43a-2,43b-2)이 형성될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 연결부(30)에는 유체(F)의 속도가 일정하게 유지될 수 있도록 유속조절부(50)가 구비될 수 있다. 상기 유속조절부(50)는 관형 케이싱(51)의 내부에는 유체의 속도가 증가하면 저항헤드(52a)가 관형 케이싱(51)의 중심을 향하여 상대적으로 이동하는 저항유닛(52)이 방사상으로 복수 개 구비될 수 있다.
따라서, 상기 관형 케이싱(51)이 구비될 수 있도록 상기 연결부(30)의 내주면은 관형으로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유속조절부(50)는 유체의 속도가 상대적으로 감소하면 이에 따라 저항유닛(52)의 저항헤드(52a)가 관형 케이싱(51)의 중심으로부터 멀어져 상대적으로 관형 케이싱(51)의 내주면에 근접되도록 이동할 수 있다.
이로써, 상기 유체(F)의 속도에 따라 저항유닛(52)의 상대적인 위치가 달리지게 되고, 이는 유속의 급격한 변화를 방지하여 균일한 발전효율이 이루어지도록 기능한다.
일 실시예로, 상기 유속조절부(50)의 저항유닛(52)은 저항헤드(52a)에 탄성스프링(52b)이 결합되고, 상기 탄성스프링(52b)을 에워싸 이동을 가이드하는 스프링 케이싱(52c)이 구비될 수 있다.
상기 탄성스프링(52b)에 의하여 유속이 빨라지면, 저항헤드(52a)와 맞닿는 유량이 증가함에 따라 저항력이 증가하고, 탄성스프링(52b)의 복원력을 이김으로써 상대적으로 저항헤드(52a)가 관형 케이싱(51)의 중심으로 이동하게 된다.
반대로 유속이 감소되면, 상기 저항헤드(52a)와 맞닿는 유량이 감소함에 따라 탄성스프링(52b)의 저항력이 감소하고, 복원력이 상대적으로 더 커져 상기 저항헤드(52a)가 재차 관형 케이싱(51)의 내주면에 근접하게 된다.
상기 저항헤드(52a)는 한 쌍의 반구체(52a-1)의 곡면이 맞닿도록 결합되어 방향을 달리하는 한 쌍의 저항면(52a-2)이 형성될 수 있어 유체의 서로 다른 흐름방향을 모두 저항헤드(52a)의 저항면(52a-2)이 효과적으로 수용할 수 있다.
또한, 상기 저항헤드(52a)에는 저항로드(52a-3)이 형성되어 상기 탄성스프링(52b)의 일측 단부를 고정할 수 있다. 상기 탄성스프링(52b)은 압축 스프링 또는 인장 스프링일 수 있으며, 고정되는 위치에 따라 선택적으로 적용이 가능하다.
한편, 상기 저항헤드(52a)의 저항면(52a-2)은 오목하게 형성되어 유체(F)의 흐름에 따른 저항력을 더욱 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치(D)는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 특허청구범위의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
D:에너지 발전장치 F:유체
LF:저밀도 유체 HF:고밀도 유체
10:유체용기 11:제1 용기부
12:제2 용기 부 20:격벽부
21:제1 격벽 22:제2 격벽
30:연결부 31:저밀도 연결부
32:고밀도 연결부 33:제어공간
34:제어유닛 35:유입관
36:유출관 40:전기발생부
41:스크류 회전체 42:베어링부
43:회전발전기 44:케이싱
50:유속조절부 51:관형 케이싱
52:저항유닛

Claims (10)

  1. 제1 용기부(11)와 제2 용기부(12)를 포함하는 유체용기(10);
    상기 유체용기(10)에 구비되어 순환되되, 상호 밀도를 달리하는 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)를 포함하는 유체(F);
    상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)를 상호 분리하되, 상기 제1 용기부(11)의 내측에 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제1 격벽(21)과, 상기 제2 용기부(12)의 내측에 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 상대적인 위치나 형상이 변형되는 제2 격벽(22)을 포함하는 격벽부(20);
    상기 제1,2 용기부(11)(12) 사이에서 유체(F)가 순환되도록 연결하되, 상기 저밀도 유체(LF)가 순환되도록 하는 저밀도 연결부(31)와, 상기 고밀도 유체(HF)가 순환되도록 하는 고밀도 연결부(32)를 포함하는 연결부(30); 및
    상기 연결부(30)에 구비되어 상기 저밀도 유체(LF)와 고밀도 유체(HF)의 밀도 차이에 의한 유체(F)의 순환 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 전기발생부(40);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽부(20)는 형상의 변형이 가능한 탄성격벽(We), 회전이 가능한 회전격벽(Wr) 또는 슬라이드 가능한 판상의 푸싱격벽(Wp) 중 하나의 격벽인 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기발생부(40)는,
    한 쌍의 제1,2 회전체(41a)(41b)가 상호 대칭되도록 이격 구비되어 유체(F)의 순환에 따라 회전하는 스크류 회전체(41);
    상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)의 내측에 각각 구비되는 제1,2 베어링(42a)(42b)을 포함하는 베어링부(42);
    상기 베어링부(42)의 제1,2 베어링(42a)(42b)의 내측에 각각 구비되되, 상기 제1,2 회전체(41a)(41b)와 결합하는 제1,2 발전체(43a)(43b)를 포함하는 회전발전기(43); 및
    상기 스크류 회전체(41), 베어링부(42) 및 회전발전기(43)가 구비되는 케이싱(44);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)는 각각 회전헤드(41a-1)(41b-1)의 일측에 체결로드(41a-2)(41b-2)가 형성되어 상기 제1,2 베어링(42a)(42b)이 삽입되고, 상기 체결로드(41a-2)(41b-2)의 단부가 제1,2 발전체(43a)(43b)에 결합되는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스크류 회전체(41)의 제1,2 회전체(41a)(41b)는 각각 회전헤드(41a-1)(41b-1)에 곡률을 지니는 블레이드(41a-3)(41b-3)가 형성되되, 상기 제1 회전체(41a)와 제2 회전체(41b)의 블레이드(41a-3)(41b-3)는 상호 다른 방향으로 회전하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연결부(30)에는 일측이 확장된 제어공간(33)이 형성되고, 상기 제어공간(33)에 제어유닛(34)이 회동 가능하게 구비되되, 상기 제어유닛(34)은 유체의 순환이 가능하도록 천공(34a-1)이 형성된 천공 플레이트(34a)를 중심으로 서로 다른 90도 방향으로 한 쌍의 수직 플레이트(34b)(34c)가 형성되어 상기 제어유닛(34)의 회동으로 유체의 순환을 제어하는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부(30)에는 유입관(35)과 유출관(36)이 형성되어 유체(F)의 유입 및 유출이 가능한 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결부(30)에는 유속조절부(50)가 구비되되, 상기 유속조절부(50)는 관형 케이싱(51)의 내부에는 유체의 속도가 증가하면 저항헤드(52a)가 관형 케이싱(51)의 중심을 향하여 상대적으로 이동하는 저항유닛(52)이 방사상으로 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유속조절부(50)의 저항유닛(52)은 저항헤드(52a)에 탄성스프링(52b)이 결합되고, 상기 탄성스프링(52b)을 에워싸 이동을 가이드하는 스프링 케이싱(52c)이 구비되되, 상기 저항헤드(52a)는 한 쌍의 반구체(52a-1)의 곡면이 맞닿도록 결합되어 방향을 달리하는 한 쌍의 저항면(52a-2)이 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 저항헤드(52a)의 저항면(52a-2)은 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 밀도차를 이용한 에너지 발전장치.
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